[发明专利]基于单传感器的高空间分辨率三维雷达

说明书

公开了一种允许3D雷达检测同时捕获目标的横向和深度特征的新颖系统。该系统仅使用单个收发器，一组延迟线和无源天线阵列，所有这些都不需要机械旋转。通过使用延迟线，可以在连续波雷达系统中生成与目标存在相对应的一组拍频。同样，在脉冲雷达系统中，延迟还允许系统确定目标的3D方面。与现有解决方案相比，在实施例中，本发明允许实现简单，可靠且功率有效的3D雷达。

技术领域

本发明涉及雷达技术领域。特别地，本发明涉及3D单传感器雷达系统。

背景技术

在三维(3D)雷达检测中，重建目标表面中的每个区域(像素) 的轮廓和深度特征。等价地，可以检测多个目标的范围。现有的3D 检测方法使用多个有源部件或需要机械转向能力。这些传统的3D雷达配备有模拟或数字有源收发器阵列，或者需要将具有窄波束的大天线机械地旋转到每个像素。很少(如果有的话)方法仅使用单个收发器和无源阵列并且缺少机械组件。

3D检测的典型方法是相控阵雷达。相控阵由天线阵列和收发器和移相器组成。可以通过设置每个天线相位来电子扫描阵列的波束，使得在空间中的特定点处发生相长干涉，以便将波束引导到该方向。使用扫描能力，系统可以将光束引导到目标中的特定区域(像素)或多个目标中的特定目标。然后可以通过使用诸如调频连续波(FMCW) 检测，脉冲雷达等各种技术调制收发器信号来测量每个目标的范围。

另一种方法是数字波束成形(DBF)。在DBF雷达中，每个天线元件连接到下变频器和多个模数(A/D)单元。来自每个A/D的数字化信号被相加并以数字方式处理以生成波束成形。雷达发射器与接收器同步，以允许多个目标的同时距离检测。在机械旋转雷达中，单个雷达收发器连接到大型天线，例如反射器天线。通过机械旋转天线并测量每个观察方向的范围，可以重建不同的目标或表面拓扑。

在模拟和数字波束成形技术之间存在折衷。在DBF中，天线始终盯着目标，并且可以同时检测多个像素。这需要完整的RF到基带的链和繁重的计算资源。在ABF中，多个RF收发器和移相器在给定时间将光束控制到单个像素，因此照明持续时间受到限制并且信噪比(SNR)会降低。总的来说，数字和模拟方法都需要多个有源收发器才能检测像素或目标3D拓扑。如果是机械转向机构可用，则可以使用单个收发器，但在这种情况下，与电子(模拟或数字)方法相比，扫描速率可能受到限制，并且机械组件可能影响系统可靠性。总之，与单个收发器和具有基于延迟的系统的无源阵列相比，所有上述解决方案都是复杂且耗电的。

发明内容

从第一方面来看，本发明提供了一种用于3D检测的装置，包括：单个雷达发射器连接到至少一个延迟线的组；至少一个天线的组，其中该至少一个天线的组中的每个天线分别耦合到该至少一个延迟线的组中的延迟线；雷达接收器，被配置为接收反射的雷达信号；以及信号处理单元；其中，所述雷达发射器被配置为生成雷达信号，该雷达信号被该至少一个延迟线的组延迟，由该至少一个天线的组发射，并由镜头引导；以及其中，所述信号处理单元被配置为基于所接收的反射的雷达信号中的拍频的组来确定3D目标参数。

从另一方面来看，本发明提供了一种用于3D检测的方法，包括：由雷达发射器生成雷达信号，其中所述雷达信号包括第一频率；由延迟线的组延迟所述雷达信号以生成延迟的雷达信号的组；由天线阵发射组延迟的雷达信号的组；由镜头引导传输的该延迟的雷达信号的组；由所述天线阵接收反射的雷达信号的组；由该延迟线的组延迟所述接收的该反射的雷达信号的组，以生成延迟的反射生物雷达信号的组；以及由雷达接收器处理该延迟的反射的雷达信号的组以确定3D目标参数。

从另一方面来看，本发明提供了一种系统，包括：雷达发射器/ 接收器，配置为生成雷达信号并接收反射的雷达信号；信号分离器/ 组合器，耦合到所述雷达发射器/接收器，并配置成将所述雷达信号分成雷达信号的组；延迟线阵列，耦合到所述信号分离器组合器，并配置成生成延迟的雷达信号的组；天线阵列，耦合到所述延迟线阵列，并配置成发送该延迟的雷达信号的组；镜头，用于重定向发送的该延迟的雷达信号的组；以及雷达处理单元，耦合到所述雷达发射器/接收器，并配置成基于所述反射的雷达信号中的拍频生成雷达测量。